随着卫星导航、移动通信等技术的高速发展,对时钟频率源的性能提出了更高的要求。当前,晶体振荡器因为它的高性价比而在众多频率源中脱颖而出,但是由于其在连续运行的过程中容易受到内部老化、环境因素和负载特性变化的影响,输出频率值会发生单方向的漂移,限制了它在高精度领域的独立应用。为了提高晶振的性能,研制出符合5G时代标准的高稳晶体振荡器,本文研究了一种晶体振荡器频率漂移自校准技术。本文首先深入分析了晶体振荡器的工作原理、频漂特性和现有的频漂补偿技术;针对晶体振荡器在发生频率漂移时,其谐振参数也会发生相应的改变,从而引起谐振器两端输出瞬态相移变化这一现象,分析证明了晶体谐振参数分别与其输出频率和两端瞬态相移具有相关性;对晶体振荡器的输出频率与其两端输出瞬态相移进行同步测量,通过对数据进行处理和拟合,建立晶体振荡器的输出频率与其两端输出瞬态相移的数学模型;针对晶体振荡器的输出会因外部不稳定因素而掺杂噪声的问题,对采集到的数据进行均值滤波处理,根据排序统计理论将所有邻域的数据点进行排序,再取其中间值的方式来对异常点进行去除以完成滤波;为解决晶体谐振器两端的直接输出信号功率过小的问题,设计了功率增益更高的双共射放大电路,并结合L型匹配网络实现功率放大器,在工作频带内获得足够的增益,实现最大功率匹配;根据晶体振荡器的压控特性,用单片机控制模数转换器输出由低至高的电压给晶体振荡器压控端,记录频率变化数据,并利用最小二乘法拟合得出输出频率和压控电压之间的对应关系,最后得到相移、频率和压控电压三者之间的函数关系,并以此为理论依据研究了一种晶体振荡器频率漂移自校准技术。自校准系统通过数字化技术实现高精度的测量和控制,利用ADC对晶体谐振器两端输出信号进行实时采集,根据同频测相原理将采集到的数据转换为谐振器两端的输出瞬态相移,单片机通过相移与频率的函数关系计算出晶体振荡器输出频率的累计变化量,最后控制DAC输出反向补偿电压给晶体振荡器压控端,以补偿晶体振荡器的频率漂移,提升其频率准确度。实验结果证明本系统可以对晶体振荡器的频率漂移进行补偿,补偿后的晶体振荡器频率准确度相比之前提高了一个数量级。该系统无需引入外界高性能的基准源,其结构简单、应用灵活,为晶体振荡器的补偿技术提供了新的手段,具有很高的应用价值与意义。